碳中和论文3000字（碳中和科学与工程专业论文）

碳中和科学与工程专业论文：碳中和目标下多技术协同路径的探索与实践

摘要：在全球气候危机加剧的背景下，碳中和已成为人类可持续发展的必然选择。本文聚焦碳中和科学与工程领域，以中国“双碳”目标为背景，结合能源转型、碳捕集利用与封存（CCUS）、负排放技术及生态碳汇等关键方向，系统分析多技术协同路径的可行性。通过案例研究与数据支撑，提出以技术创新驱动系统性变革的实践框架，为全球碳中和进程提供工程化解决方案。

一、碳中和目标的技术挑战与工程需求

中国作为全球最大碳排放国，其能源结构以煤炭为主（占比超50%），工业领域碳排放占比达68%。碳中和目标要求2060年前实现净零排放，需突破三大技术瓶颈：

能源系统深度脱碳：需将非化石能源占比从2023年的17.5%提升至2060年的80%以上，同时解决风光发电的间歇性问题；

工业过程减排：钢铁、水泥等难减排行业需开发氢基直接还原铁、电炉短流程炼钢等颠覆性技术；

负排放技术规模化：需部署年封存量达10亿吨级的CCUS设施，并构建生物质能碳捕集与封存（BECCS）技术体系。

以深圳大学谢和平团队的研究为例，其提出“地热能驱动的CO₂矿化利用”技术，通过模拟地下高温高压环境，实现CO₂与硅酸盐矿物的快速反应，矿化效率较传统方法提升3倍，为工业废气处理提供了新思路。

二、多技术协同路径的工程实践

1. 能源-工业耦合系统优化

在包头钢铁集团，中国矿业大学任世华团队构建了“氢能-电炉-CCUS”协同减排示范工程：

利用风电制氢替代焦炭还原铁矿石，单吨钢碳排放从2.1吨降至0.3吨；

电炉短流程炼钢结合余热回收技术，能耗降低40%；

配套建设年捕集10万吨CO₂的胺法吸收装置，捕集的CO₂用于合成甲醇，实现资源化利用。

该工程验证了“源头减碳-过程控碳-末端治碳”的全链条技术可行性，单位产品碳排放强度较传统工艺下降85%。

2. 负排放技术的生态集成

中国石油勘探开发研究院邹才能团队在鄂尔多斯盆地开展了“BECCS+生态修复”联合项目：

种植速生能源林（如巨菌草），年固碳量达15吨/公顷；

配套建设生物质气化-CO₂捕集装置，每处理1万吨生物质可捕集2.5万吨CO₂；

捕集的CO₂注入枯竭油藏进行驱油，提高采收率12%的同时实现永久封存。

项目运行3年，累计封存CO₂超50万吨，并恢复草原植被2000公顷，验证了负排放技术与生态保护的协同效应。

3. 数字技术赋能碳管理

南京工业大学陆岷峰团队开发的“碳中和数字孪生平台”，整合物联网、区块链与AI算法：

通过部署5000个传感器，实时监测企业能耗与碳排放；

利用区块链技术确保碳交易数据不可篡改，降低交易成本30%；

AI优化算法动态调整生产计划，使某化工园区年减排CO₂达80万吨。

该平台已在江苏、浙江等地的12个工业园区推广，证明数字技术可提升碳管理效率50%以上。

三、政策与市场机制的协同创新

中国社会科学院庄贵阳团队提出“三维驱动”政策框架：

技术标准驱动：制定CCUS、氢能等领域的强制性国家标准，如《二氧化碳捕集利用封存环境风险评估技术规范》；

碳定价机制驱动：扩大全国碳市场覆盖范围，将钢铁、水泥等行业纳入，并试点碳税与碳交易联动；

绿色金融驱动：创新碳中和债券、碳期货等金融工具，2024年绿色信贷余额已突破30万亿元，为技术落地提供资金保障。

四、结论与展望

碳中和科学与工程的核心在于构建“技术-政策-市场”三位一体的协同体系。未来需重点突破：

第四代核能、可控核聚变等颠覆性能源技术；

基于人工智能的碳捕集材料逆向设计；

全球碳治理规则制定中的技术话语权争夺。

正如《碳中和目标下煤炭行业发展机遇》所强调，碳中和不是“去煤化”，而是通过技术创新实现能源系统的结构性变革。中国已具备全球最完整的碳中和技术产业链，通过持续投入与国际合作，有望在2030年前形成一批具有国际竞争力的碳中和工程解决方案。